朱 瑾鄭宏亮于宏軍唐 偉榮 剛

（1.中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所， 北京 100028 ； 2.航空動力控制系統(tǒng)研究所，江蘇 無錫214063；3.沈陽航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽 110136）

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航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站建立規(guī)范研究

朱 瑾1鄭宏亮2于宏軍1唐 偉1榮 剛3

（1.中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所， 北京 100028 ； 2.航空動力控制系統(tǒng)研究所，江蘇 無錫214063；3.沈陽航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽 110136）

[摘要]從標(biāo)準(zhǔn)角度詳細(xì)闡述航空發(fā)動機(jī)地面站建設(shè)中的功能和性能，軟件、硬件、系統(tǒng)試驗等相關(guān)要求以及重點對地面站系統(tǒng)設(shè)計及試驗、軟件設(shè)計、硬件設(shè)計等進(jìn)行了規(guī)定。

[關(guān)鍵詞]航空；發(fā)動機(jī)； 研究

[收修訂稿日期] 2016-03-24

航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的心臟，其可靠性直接影響飛行安全，并且相關(guān)的維修費用很高，因此保證發(fā)動機(jī)良好的工作狀態(tài)及各系統(tǒng)參數(shù)正常非常重要。過去，營運人通常通過定期的預(yù)防性維修，來避免潛在的發(fā)動機(jī)失效。近年來，發(fā)動機(jī)制造商開始采用狀態(tài)監(jiān)控的方法取而代之。

發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)從功能上分為機(jī)載系統(tǒng)和地面站兩部分。發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)從安裝在發(fā)動機(jī)上的專用傳感器中獲取。大多數(shù)的監(jiān)控數(shù)據(jù)都要傳送到地面站進(jìn)行處理。機(jī)載裝置采集這些數(shù)據(jù)，并通過飛機(jī)通信尋址與報告系統(tǒng)（ACARS）實時傳送到地面站。沒有實時傳送的數(shù)據(jù)存儲在移動介質(zhì)中，等飛機(jī)返回地面時再傳輸?shù)降孛嬲具M(jìn)行處理?，F(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)大多采用狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其地面站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)研制需求強(qiáng)烈。

1 國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)情況

國外在20世紀(jì)70年代就開始注重發(fā)展發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)，目前已成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的熱點之一，不斷由簡單向復(fù)雜、由低級向高級發(fā)展，各種先進(jìn)技術(shù)也在狀態(tài)地面監(jiān)控站中得到應(yīng)用，并取得了很好的效果。與此同時，國外航空標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程也在不斷向前推進(jìn)，與發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)形成了比較完善的體系。

到目前為止，經(jīng)過20多年的發(fā)展， SAE航空理事會已經(jīng)制定和發(fā)布了31項發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控工作的方方面面。這些標(biāo)準(zhǔn)對于航空發(fā)動機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和使用具有重要的指導(dǎo)意義，它們的發(fā)布有力推動了發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展與完善。

通過調(diào)研了解到的與發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)共計20項，其中航空航天推薦方案（ARP）2項，航空航天信息報告（AIR）15項，航空航天標(biāo)準(zhǔn)（AS）3項。

這20項標(biāo)準(zhǔn)大體可以分為5類，其中綜合性標(biāo)準(zhǔn)，涉及的內(nèi)容包括監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)指南、成本分析、可靠性、性能評估等；壽命管理標(biāo)準(zhǔn)；性能與狀態(tài)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，包括溫度監(jiān)控、滑監(jiān)控、振動監(jiān)控、部件監(jiān)控等；診斷與預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)；機(jī)載與地面數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)。

在上述5類標(biāo)準(zhǔn)中，很多標(biāo)準(zhǔn)主要針對機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)，涉及地面站的內(nèi)容較少，主要為SAE AIR 4175《航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站建立指南》。

從地面站開發(fā)的角度出發(fā)，SAE AIR 4175為發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控地面站的開發(fā)者提供了一個總體性的設(shè)計指南。該標(biāo)準(zhǔn)屬于航空航天信息報告（AIR），最初發(fā)布于1994年，2005年發(fā)布修訂版。該文件介紹了發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控地面站的主要功能，給出了地面站開發(fā)中需要考慮的各種因素，另外還包括地面站技術(shù)的一些最新進(jìn)展，可以為地面站的設(shè)計和開發(fā)工作提供明確的指導(dǎo)。標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容包括：運行考慮因素、系統(tǒng)功能要求、輸入數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫管理、輸出數(shù)據(jù)、高級功能、使用者考慮因素、系統(tǒng)開發(fā)考慮因素等。

縱觀國內(nèi)從1995年民航總局要求航空公司開展發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控工作以來，通過對發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)和變化趨勢的監(jiān)控，該項工作已取得了明顯成效，對提供發(fā)動機(jī)工作的可靠性和安全性起到了良好作用。同時，隨著對發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)處理需求的提高，由發(fā)動機(jī)制造商提供的地面處理系統(tǒng)難以滿足各航空公司對于數(shù)據(jù)處理的多樣化要求，發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控地面站的自主研發(fā)已經(jīng)受到越來越多的重視，國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)在這方面也取得了一定的進(jìn)展。

而國內(nèi)由于在航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)領(lǐng)域的研發(fā)領(lǐng)域尚處于起步階段，至今還沒有建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的缺乏和滯后，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，特別是發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站的設(shè)計、開發(fā)和使用并沒有較為明確的指導(dǎo)和依據(jù)，存在一定的盲目性。

因此在編制國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站建立規(guī)范時，應(yīng)積極參考SAE AIR 4175標(biāo)準(zhǔn)，但同時由于該標(biāo)準(zhǔn)屬于航空信息記錄，其中含有大量說明性的信息，內(nèi)容相對比較冗長，而國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)則要求言簡意賅，所以在參考SAE標(biāo)準(zhǔn)同時應(yīng)參考GJB 4866-2003《飛機(jī)參數(shù)記錄系統(tǒng)地面站通用規(guī)范》框架結(jié)構(gòu)，在充分理解SAE內(nèi)容及相關(guān)技術(shù)背景前提下對該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行合理剪裁和消化驗證。

2 待編制標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

2.1 功能和組成

通常把發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)（EMS）的功能劃分為發(fā)動機(jī)監(jiān)視裝置（EMU）和地面支持站（GSS）兩部分。其中，EMU是個機(jī)載平臺，安裝在飛機(jī)上，實現(xiàn)EMS的一部分功能，GSS是EMS的地面部分，一般承擔(dān)EMS的主要功能。

航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站的主要功能是處理、分析、管理和備份各種與發(fā)動機(jī)相關(guān)的飛行數(shù)據(jù)、后勤數(shù)據(jù)和維護(hù)數(shù)據(jù)，以支持航空發(fā)動機(jī)的維護(hù)和后勤管理。

地面站包括硬件和軟件，其中硬件主要包括計算機(jī)、輸入輸出設(shè)備、以及為提高用電安全而配置的不間斷電源等；軟件裝載在計算機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)給出軟件的主要功能模塊。

2.2 設(shè)計與結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)規(guī)定地面站的設(shè)計應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定并參考國軍標(biāo)相應(yīng)要求。如軟件的模塊化設(shè)計要求，滿足相關(guān)軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的要求；滿足各種潛在用戶實際使用需求的輸入輸出接口設(shè)計、能自動檢測、識別輸入輸出設(shè)備失效并采取安全措施的要求；友好的人機(jī)界面設(shè)計要求；不同用戶的權(quán)限管理設(shè)計；以及規(guī)定一般情況下，對地面站進(jìn)行性能測試的外部環(huán)境條件。同時標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)規(guī)定地面站軟件測試要求，如應(yīng)規(guī)定地面站硬件、軟件須經(jīng)過系統(tǒng)聯(lián)試，并經(jīng)驗證表明其功能、性能滿足設(shè)計要求。

2.3 硬件要求

標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)分兩個方面對硬件提出要求，一是硬件設(shè)備的要求；二是對一些關(guān)鍵的硬件性能參數(shù)提出要求。在設(shè)備要求中，主要參照國外指南，應(yīng)提出在硬件平臺設(shè)計時，應(yīng)考慮的主要要求，某些要求之間可能存在矛盾，如加固性和可維修性或經(jīng)濟(jì)性等，需根據(jù)實際需要加以權(quán)衡。

性能要求中，應(yīng)著重提出應(yīng)考慮硬件的處理速度、顯示速度，以及存儲設(shè)備的容量要求，以滿足地面站系統(tǒng)的運行和擴(kuò)展性要求。

同時應(yīng)參考GJB 4866-2003《飛機(jī)參數(shù)記錄系統(tǒng)地面站通用規(guī)范》相關(guān)要求，考慮一般要求和經(jīng)濟(jì)性，UPS容量應(yīng)能斷電后持續(xù)供電10min以上。

2.4 軟件要求

軟件要求中，有關(guān)運行環(huán)境、開發(fā)語言和工具、數(shù)據(jù)精度要求、結(jié)構(gòu)化設(shè)計要求等，應(yīng)主要參考GJB 4866-2003《飛機(jī)參數(shù)記錄系統(tǒng)地面站通用規(guī)范》的相關(guān)要求，并結(jié)合國內(nèi)主流應(yīng)用軟件的相關(guān)要求規(guī)定。

軟件要求中，主要功能模塊的要求，基于國內(nèi)目前在發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站建設(shè)方面可供借鑒的經(jīng)驗不多，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺乏的現(xiàn)狀，尚不足以歸納總結(jié)提煉成規(guī)范，所以該部分內(nèi)容應(yīng)主要參考國外航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站的相關(guān)資料（SAE AIR 4175），同時為滿足國內(nèi)規(guī)范編制要求，在保留所有功能模塊框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、充分理解其內(nèi)容及相關(guān)技術(shù)背景的前提下，對SAE AIR 4175的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行合理的刪節(jié)和簡化。

另外，考慮到地面站的使用環(huán)境，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)規(guī)定地面站的溫度、振動、濕熱、霉菌、鹽霧等環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計要求，以滿足在不同使用環(huán)境下能可靠地完成任務(wù)。同時考慮在砂塵嚴(yán)重地區(qū)的使用環(huán)境要求，應(yīng)增加砂塵試驗要求等。

3 結(jié)論

待編制的航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站建立規(guī)范為航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的重要標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)主要針對航空發(fā)動機(jī)地面站建設(shè)中的功能和性能，軟件、硬件、系統(tǒng)試驗等相關(guān)要求進(jìn)行規(guī)定；同時標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)詳細(xì)規(guī)定地面站系統(tǒng)設(shè)計及試驗、軟件設(shè)計、硬件設(shè)計、質(zhì)量保證規(guī)定等要求，為航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站設(shè)計和使用提供標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)支持。

（編輯：雨晴）

[中圖分類號]T-65

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]C

[文章編號]1003-6660（2016）03-0014-03

[DOI編碼]10.13237/j.cnki.asq.2016.03.004